Статья: Эдиакарско-среднекембрийский основной вулканизм о. Врангеля: возраст и геодинамические обстановки формирования

Эдиакарско-среднекембрийский основной вулканизм о. Врангеля: возраст и геодинамические обстановки формирования

А.В. Моисеев

1, С.Д. Соколов 1,

М.И. Тучкова 1,

В.Е. Вержбицкий

Геологический институт РАН,

Российская Федерация, 119017, Москва, Пыжевский пер., 7

ПАО "НК "Роснефть"",

Российская Федерация, 115035, Москва, ул. Дубининская, 31А

Аннотация

В настоящей работе приведены результаты изучения U--Pb SIMS датирования акцессорного циркона и геохимических особенностей основных вулканитов центральной части о. Врангеля. Обнажения последних пространственно сближены с выходами на поверхность риолитов. Долгое время образования этих пород относили к раннекаменноугольному периоду, поскольку они несогласно перекрываются верхнекаменноугольными известняками. Исследователи оценивают возраст риолитов в ~590-610 млн лет, а их состав сопоставляется с составом гранитов A-типа. Для основных вулканитов отмечается большой разброс U--Pb--SIMS-возрастов зерен циркона. Предполагается, что возраст кристаллизации соответствует эдиакарско-среднекембрийскому времени (~510-608 млн лет). В вулканитах высока концентрация TiO2 - до 3,4 масс. %. Спектры распределения редкоземельных элементов (РЗЭ) характеризуются резким преобладанием легких РЗЭ (ЛРЗЭ) над средними (La/Sm)n = 1,4...2,4 и тяжелыми (La/ Yb)n = 2.2.6,1. На мультиэлементных диаграммах прослеживаются отрицательная Nb--Ta-аномалия, а также обогащение состава крупноионными литофилами и большинством высокозарядных элементов. Геохимические особенности основных вулканитов о. Врангеля указывают на их сходство с траппами основания Норильской мульды и внутриплитную обстановку формирования. Проведенные нами геологические наблюдения и полученные значения возраста доказывают комагматичность основных вулканитов с риолитами, имеющими геохимические черты гранитов А-типа. Предполагается, что данная бимодальная ассоциация образовалась в пределах континентального рифта. С учетом данных американских исследователей, продолжение этой рифтовой структуры может быть намечено по области развития одновозрастных ортогнейсов и габброидов п-ова Сьюард на Аляске, которые совместно с комплексами о. Врангеля включены в состав микроплиты Арктическая Аляска - Чукотка. циркон геохимический вулканит

Ключевые слова: геохимия, вулканиты, геодинамика, тектоника, Арктика, остров Врангеля.

Ediacarenian-middle Cambrian basic volcanism of Wrangel Island: age and geodynamic setting (Russian East Arctic region)

A. V. Moiseev1, S. D. Sokolov1, M. I. Tuchkova1, V. E. Verzhbitsky2

Geological Institute, Russian Academy of Sciences,

7, Pyzhevskii per., Moscow, 119017, Russian Federation

JSPC Rosneft Oil Company,

26/1, Sofiiskaya nab., Moscow, 115035, Russian Federation

New results from the study of zircon U--Pb ages by SIMS and the geochemistry of basic volcanism of Wrangel Island's central part are considered. Volcanites are represented by rhyolites and spilitized basalts. For a long time, the age of rocks was considered early Carboniferous, since they are discordantly overlapped by late Carboniferous limestones. Recently, the age of rhyolites was estimated at ~590-610 million years; their compositions were compared with A-type granites. For basic volcanites, there is a large spread of U-Pb SIMS ages of zircon grains. The age of crystallization corresponds to the Ediacaran-middle Cambrian time (~510-608 million years). The volcanic rocks' compositions have high concentrations of TiO2 up to 3.4 wt. %. Chondrite-normalized rare earth element pattern exhibit pronounced enrichment of light REE in respect to medium (La/Sm)n = 1.4-2.4 and heavy (La/Yb)n = 2.26.1 REE. Primitive-mantle normalized spidergrams show negative Nb-Ta anomaly, significant enrichment with LILEs and most HFSE. The geochemical characteristics of the basic volcanic rocks of Wrangel Island indicate the similarity to traps of the Noril'sk area in northen Central Siberia and intraplate environment. The geological observations and the obtained ages suggest that the basic volcanic rocks are comagmatic with rhyolites having the geochemical features of A-type granites. It is assumed that this bimodal association was formed within the continental rift zone. It is assumed that the rocks were formed in a one single rift system with the coeval orthogneisses and gabbroids of the Alaskan Seward Peninsula.

Keywords: geochemistry, volcanic rocks, geodynamics, tectonics, Arctic region, Wrangel Island.

Введение

Остров Врангеля - один из наиболее хорошо изученных геологических объектов среди островов российского сектора Восточной Арктики. Наиболее полно его геологическое строение описано в работах (Косько и др., 2003; Соколов и др., 2017).

Геологические комплексы о. Врангеля представлены неопротерозойско-раннекембрийскими (?) метаморфическими породами (врангелевский комплекс), карбонатными и терригенными отложениями позднего силура - триаса и терригенными отложениями верхнего мела - кайнозоя (Косько и др., 2003). Среди пород осадочного чехла в небольших локальных обнажениях центральной части острова описаны вулканиты кислого и основного состава. Прямые данные о возрасте вулканитов долгое время отсутствовали, исследователи оценивали его по-разному:

— протерозойско-раннекембрийский (Каменева, 1975);

— девонско-раннекаменноугольный в составе метаморфизованной свиты Берри (Ганелин и др., 1998; Тильман и др., 1970);

— раннекаменноугольный (Косько и др., 2003).

На основе гипотезы о комагматичности вулканитов бимодального состава в работе (Косько и др., 2003) предполагается их рифтогенное происхождение в каменноугольное время. Однако дополнительные аналитические работы для уточнения этих предположений не проводились. В работе (Лучицкая и др., 2017) возраст риолитов (по зернам циркона, U--Pb-датировка) оценивается в 590-610 млн лет, их состав соответствует гранитам А-типа, но вулканиты основного состава в работе не рассматривались. Предварительные данные по вещественному составу базальтов центральной части о. Врангеля были опубликованы в работе (Moiseev et al., 2015): по ним невозможно было однозначно определить природу базальтов, но были отмечены признаки их внутриплитного и надсубдукционного происхождения.

Таким образом, возраст и природа основного вулканизма центральной части о. Врангеля остаются дискуссионными. Во время полевых работ 2006 и 2014 гг. проводилось геохронологическое и геохимическое опробование основных вулканитов, результаты которого изложены в данной статье.

Геологический очерк

Остров Врангеля относится к Новосибирско-Врангелевской складчатой системе (Парфенов и др., 1993; Геодинамика..., 2006; Соколов, 2010). Комплексы острова включены в состав микроплиты Арктическая Аляска - Чукотка и состоят из метаморфического фундамента и складчатого осадочного чехла. К фундаменту относятся принадлежащие врангелевскому комплексу метаморфизованные в зеленосланцевой фации вулканогенные и осадочные породы и тела гранитов. Общая мощность врангелевского комплекса оценивается в 2 км (Косько и др., 2003). В составе чехла выделяются следующие комплексы:

1) терригенные и карбонатные отложения верхнего силура - нижнего девона (мощностью 400-700 м);

2) песчаники, алевролиты, реже известняки девона (мощностью 1500-2000 м);

3) терригенные и карбонатные отложения нижнего карбона (мощностью до 350 м);

4) известняки, реже терригенные породы карбона (мощностью 300-1700 м);

5) терригенно-карбонатные отложения перми (мощностью 800-1200 м);

6) триасовые отложения, в основном турбидиты, общей мощностью более 2 км.

Согласно исследованиям предшественников (Косько и др., 2003; Тильман и др., 1970), о. Врангеля имеет складчато-надвиговое строение, оформившееся в конце раннего мела. Надвиги субпараллельны осевым поверхностям складок и падают на юг под углами 35-60°, оси складок имеют субширотное простирание (рис. 1).

Рис. 1. Геологическое строение о. Врангеля ((Косько и др., 2003) с изменениями):

1 - четвертичные отложения; 2 - триас; 3 - пермь; 4 - средний-верхний карбон; 5 - нижний карбон; 6 - нижний-средний девон; 7 - верхний девон нижний карбон; 8 - верхний силур - нижний девон; 9 - неопротерозой (врангелевский комплекс); 10 - вулканические породы центральной части острова; 11 стратиграфические контакты; 12 - разломы: а - надвиги, б - сдвиги; 13 - районы опробования (цифры в кружках): 1 - у горы Первой, 2 - у горы Гробницы

Магматические породы на о. Врангеля имеют ограниченное развитие, образуя разрозненные выходы общей площадью не более 10 км 2. На юге острова они встречаются в составе врангелевского комплекса, а в центральной части - в обнажениях гор Первой и Гробницы, расположенных в междуречье рек Неизвестная и Красный Флаг (см. рис. 1) (Косько и др., 2003). Видимая мощность вулканических пород - 100-200 м. Геологические взаимоотношения изучаемых вулканитов с девон-раннекаменноугольными породами неясна. Известняки верхнего карбона со стратиграфическим несогласием и базальными конгломератами перекрываются вулканитами (Косько и др., 2003).

Рис. 2. Основные вулканиты центральной части о. Врангеля:

а - миндалекаменная структура в спилитах, выполненная вторичными хлоритом и эпидотом (образец 14-243-01); б - массивные вулканиты

В районе горы Первой мы отобрали шесть образцов вулканических пород: среди риолитов были отмечаются коренные обнажения основных вулканитов. Непосредственный контакт магматических пород разного состава не обнаружен. Основные вулканиты обладают массивной и миндалекаменной текстурой (рис. 2, а).

На северном склоне горы Гробницы мы отобрали 11 образцов основных вулканитов (см. рис. 1). В редких случаях вулканиты из этой местности сохраняют подушечную отдельность (см. рис. 2, б).

Аналитические методы

Элементные составы пород

Породообразующие элементы анализировались в химической лаборатории Геологического института РАН рентгено-флуоресцентным методом с использованием спекрометра S4 Pioneer фирмы Bruker AXS GmbH (Германия) и программного обеспечения Spectra-Plus. Техника подготовки проб к анализу и статистические показатели точности и правильности анализа соответствуют требованиям отраслевой методики Научного совета по аналитическим методам исследований Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации (НСАМ МПР РФ) № 439-РС (Определение..., 2010).

Анализ элементов-примесей был проведен в лаборатории ядерно-физических и масс-спектральных методов Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов РАН (АСИЦ ИПТМ РАН) под руководством заведующего лабораторией ядерно-физических и масс-спектральных методов анализа, кандидата геолого-минералогических наук В.К. Карандашева.

Изотопное датирование цирконов

Цирконы выделялись по стандартным методикам плотностной и магнитной сепарации в Геологическом институте РАН. Их U--Pb--SIMS-датирование осуществлялось на вторично-ионном микрозонде SHRIMP-II в Центре изотопных исследований (ЦИИ) ВСЕГЕИ. Изотопные соотношения U и Pb измерялись по традиционной методике, принятой в ЦИИ (Whilliams, 1998). Полученные данные обрабатывались с помощью программы SQUID (Ludwig, 2001), а графики с конкордией строились с использованием программы ISOPLOT/EX (Ludwig, 2003). Данные изотопных измерений приведены в таблице.

Результаты

Петрографический состав

Все породы основного состава претерпели низкотемпературное преобразование и представлены спилитами. Текстура последних массивная, катаклазирован- ная, миндалекаменная. Структура пород интерсертальная, толеитовая, порфировая. Структура основной массы микролитовая. Порфиры представлены альбитом (образованиями размером 0,5--1,5 мм; их доля 5-10%), часто полностью замещенным карбонатом и минералами группы эпидота, серицитом и соссюритовым агрегатом. В редких случаях отмечаются нечетко выраженные радиально-лучистые сростки плагиоклаза. Миндалины выполнены хлоритом, эпидотом и мелкими зернами кварца.

Таблица. Результаты и--РЬ-изотопных (8ПК 1МР-П) анализов акцессорных зерен цирконов спилита центральной части о. Врангеля (образец 14-243-01)